El amoníaco se utiliza comúnmente en los fertilizantes por su alto contenido de nitrógeno, esencial para la producción de cultivos.
Sin embargo, por cada molécula de amoníaco producida se generan dos de dióxido de carbono, lo que contribuye al exceso de CO2 en la atmósfera.
Un equipo del departamento de Ingeniería Química Artie McFerrin de la Universidad de Texas A&M, formado por el Dr. Abdoulaye Djire, profesor adjunto, y el estudiante de posgrado Denis Johnson, ha perfeccionado un método para producir amoníaco mediante procesos electroquímicos, ayudando a reducir las emisiones de carbono.
Esta investigación, publicada recientemente en Nature Scientific Reports pretende sustituir el proceso termoquímico de Haber-Bosch por un proceso electroquímico más sostenible y seguro para el medio ambiente.
Según la publicación, desde principios del siglo XX, el proceso Haber-Bosch se utiliza para producir amoníaco, y funciona mediante la reacción del nitrógeno atmosférico con el gas hidrógeno, siendo uno de los inconvenientes la presión y temperatura elevadas, que suponen una gran huella energética.
El método también requiere materia prima de hidrógeno, que se obtiene de recursos no renovables, por lo que no es sostenible y tiene implicaciones negativas para el medio ambiente, lo que acelera la necesidad de procesos nuevos y respetuosos con el medio ambiente.
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Producción verde
Los investigadores han propuesto utilizar la reacción electroquímica de reducción del nitrógeno (NRR, por sus siglas en inglés) para producir amoníaco a partir del nitrógeno atmosférico y el agua.
Las ventajas de utilizar un método electroquímico incluyen el uso de agua para proporcionar protones y la capacidad de producir amoníaco a temperatura y presión ambiente, lo que requeriría potencialmente menores cantidades de energía, sería menos costoso y más respetuoso con el medio ambiente que el proceso Haber-Bosch.
El NRR funciona mediante un electrocatalizador: el nitrógeno debe unirse a la superficie y romperse para producir amoníaco. En el estudio, los investigadores utilizaron MXene, un nitruro de titanio, como electrocatalizador, y lo que diferencia a este catalizador de otros es que el nitrógeno ya está en su estructura, lo que permite una formulación más eficiente del amoníaco.
Los investigadores descubrieron que el uso de nitruro de titanio induce el mecanismo de Mars-van Krevelen, muy común en la oxidación de hidrocarburos, y sigue una vía de menor energía que permitiría mayores tasas de producción de amoníaco y selectividad debido al nitrógeno del catalizador de nitruro de titanio.
«Es más fácil que se forme amoníaco porque los protones pueden unirse al nitrógeno de la estructura, formar el amoníaco y luego este saldrá de la estructura. Se hace un agujero en la estructura que puede atraer el gas nitrógeno y separar el triple enlace», dijo Denis Johnson.
Su método podría alcanzar potencialmente un porcentaje de selectividad mayor al actual de 20% con modificaciones, forjando una nueva vía para la producción de amoníaco mediante procesos electroquímicos. Según la publicación, esta investigación podría reducir potencialmente la huella de CO2 y el uso global de energía a mayor escala.
«En el futuro, esto podría ser una importante reforma científica. Alrededor del 2% de la energía total del mundo se utiliza para la producción de amoníaco. Reducir esa enorme cifra reduciría drásticamente nuestra huella de carbono y el consumo de energía»
Dr. Abdoulaye Djire, profesor adjunto
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Redacción | Antonio Vilela
